智能化管线建设技术难点与应用效果

吴建军

（中国石油化工集团公司信息化管理部，北京100728）

1 中国石化油气管线运行管理现状

中国石化管理着3万多千米油气管线，涉及油田、炼化、长输三大板块，是中国石化能源输送的主要途径，亦是国家能源输送的重要组成部分。但与国外发达国家管道公司相比，中国石化的油气管道管理基础相对薄弱，运行管理水平不高。

1.1 管道运行存在安全隐患

一是非法占压。绝大部分管道建设年代较早，初建时大多地处偏远，但受城镇化发展、规划不合理、安全意识淡薄等因素影响，存在非法占压现象。这些被占压管道无法进行正常安全检测和维修，一旦发生泄漏爆炸事故，极易造成群死群伤，后果不堪设想。二是管线穿跨越安全风险大。原油管道与排水暗渠交叉现象较为严重，原油管道穿越河流、水库，一旦发生原油泄漏，就会造成重大水体污染，特别是穿越作为饮用水源的水库，可能造成巨大的社会影响。

1.2 运行环境存在不可控因素

一是打孔盗油会造成管道停输，影响了管道的输送能力；大量人力、物力和精力集中到巡线上，影响了对管道本身的管理；造成的众多漏点，严重影响了管道的正常检测和安稳运行。二是第三方作业危害大。一些第三方施工单位法律意识淡漠，违法违规施工，造成原油管道受损泄漏的现象时有发生。

1.3 管道专业管理水平不高

一是巡线管理不到位。部分输油处巡线管理制度不完善，人员业务素质不高，雇用的农民巡线工巡线质量有待提高。二是管道检测管理不完善。管道检测制度落实不到位，部分长输管道未能按期进行内部检测，无法掌握管道腐蚀减薄状况，难以掌握管道腐蚀速率变化特点，缺少对潜在风险的预测和应对措施。三是管道维护不及时。部分管段外防腐层破损严重，未能及时进行修复。四是应急管理体系不完备。部分应急预案未按国家有关规定在沿线的省、市、县相关政府机构备案；没有统一的报警电话，没有快速的通讯平台，应急演练缺乏全面性和实效性等。

东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故教训深刻，追本溯源是由于管理手段不足导致的事故。加强管道运行管理，提升风险管控水平，是中国石化当前急需补上的短板，也是打造世界一流的内在需求。

2 中国石化智能化管线管理系统建设的必要性与创新技术

2014年6月，国务院办公厅印发《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，要求开展城市地下管线普查，建立综合管理信息系统。2014年10月，国务院安全生产委员会印发《关于深入开展油气输送管道隐患整治攻坚战的通知》，要求加快油气输送管道隐患整治进度，加快建立国家层面数字化、可视化、立体化的全国油气输送管道地理系统，满足国家和地方政府监管和社会监督的需要。随着GB32167和发改能源[2016]2197号文《关于贯彻落实国务院安委会工作要求全面推行油气输送管道完整性管理的通知》的强制推行，更加彰显出国家对油气管线安全运行的重视。

建设智能化管线管理系统是落实国家要求的具体举措，是解决现阶段管线管理问题的重要措施，是中国石化履行历史使命和责任的实践途径。加强管线的基础管理，完善管道和管道附属设施设计、采购、施工、投产、运行等阶段的基础资料，收集管道环境和社会资源数据等；加强管线制度建设，建立工作流程和工作程序文件，推行管道完整性管理；加强管道信息化建设，借助全球定位、遥感、现代通信、自动控制、计算机存储等技术，实现管道快速定位、查询、统计、风险评估、事故预警和突发事件处理等功能。将信息化和管道日常管理紧密结合，对可能造成管道失效的危险因素进行完整性评价，消除安全隐患，提高管道管理和突发事件应急处理能力，保障管道安全经济运行。

综合国内外情况，根据中国石化的管理特点，在调研的基础上，采用具有自主产权的技术和产品，围绕完整性管理进行智能化管线管理系统建设。该系统是集管道完整性管理、管线运行管理、应急响应管理、隐患治理管理、巡线管理应用、大数据应用等功能为一体的综合管理信息平台（见图1），采用云架构，应用大数据、移动互联、人工智能等先进技术，构建了“标准统一、数据完整、关系清晰、功能完善、集中集成、上下贯通、安全可靠”的国内首个能源行业集团级管线管理系统，实现了管线管理的数字化、可视化、标准化。

与国内外现有管道完整性管理系统不同，智能化管线管理系统按照国家油气输送管道完整性管理规范GB32167，开发完整性管理相应功能，提升完整性管理效率。此外，系统创新性地研发了管线系统多源空间数据融合、风险隐患聚类分析、油品泄漏计算等技术，为系统数字化、可视化、标准化提供支持，主要创新技术如下。

2.1 研发管线系统多源空间数据融合技术

首创管线系统多源空间数据融合技术，将站场及管线的各路实时监控视频信号、高清影像动态映射到三维场景中，实现一体化融合显示，形成所见即所得的各区域实景画面，构建具备大区域、多视角、全局观、实时动态的数字化沙盘（见图2）。

2.2 研发风险隐患聚类分析技术

根据风险隐患隶属关系、空间位置、类型级别等信息进行数据动态层次聚类，开展风险隐患热度、趋势统计分析，达到隐患高效查询、持续跟踪、可视化管理的应用效果，全面支持开展油气管道安全隐患整治攻坚战。

2.3 建立中国石化智能化管线管理系统建设的标准规范体系

首创了一套涵盖管线管理业务、技术、应用、数据4大类88项标准体系，包括数据采集、数据字典、地图影像、三维模型、图形图例、集成接口等，并已在国家油气管道地理信息系统建设中得到应用。

2.4 建立中国石化SPDM管线数据模型

结合了中国石化管道业务的应用场景，数据体中增加了版本、时间序列、多级组织机构、权限灵活分配等管理内容，适用于中国石化管道业务的灵活应用。该模型支持管道线性参考数据管理、多图层自定义管理、空间计算、网络拓扑数据管理、管线业务活动、管道完整性数据管理及相关的数据对接（见图3）。

图1 智能化管线管理系统总体技术架构

图2 多源空间数据融合技术

2.5 建立成品油泄漏量在线实时计算方法

采用图形化管道配置界面，将泄漏量测算系统与泄漏报警系统、GIS系统集成，泄漏报警出现后，自动计算管道泄漏量，并在地图中显示泄漏点位置和泄漏量计算结果。考虑管线高程、上下游阀门距离、实时压力、水利学模型等要素，预测泄漏量，并可实时跟踪泄漏过程，提高应急响应的针对性和准确性。

3 中国石化智能化管线管理系统应用效果

智能化管线管理系统已在总部和51家企业上线，为总部、事业部、专业公司及企业深化管理、丰富管理手段提供了平台，得到了各级用户的高度认可。在较短的时间内，中国石化管线在数字化管理、完整性管理、巡线管理、隐患治理、应急响应管理等业务方面取得显著效果。

图3 中国石化SPDM管线数据模型示意

3.1 摸清家底，建成了集中统一的管线管理数据中心

通过建设智能化管线管理系统，利用管线探测、周边环境调查、资料数字化、内检测等技术手段，收集、校核建设期和运行期3万多千米长输和厂际管道基础数据，形成中国石化“管网一张图”。梳理了管道本体、站库、阀室、附属设施等数据；调绘了管线周边的重大危险源（加油站、油库等）、敏感目标（学校、医院等）、自然保护区、沿线抢险资源、消防队伍等信息，有效支撑了高后果区识别、管道完整性评估、隐患管理、应急响应和日常运行等应用，提高了管线施工、改线、隐患治理等业务效率。

3.2 利用可视化技术，实现两高一重大重点区域可视化管理

通过视频，对管线占压和穿跨越（如铁路、水源地、学校、居民区）进行远程监控，给海洋、沙漠、偏远山区的管线及其附属设备安上了“安全眼”，实现监控区域“千里之外，咫尺眼前”；建立1 600多个三维模型，实现地面站库多维度展示，实现重点穿跨越管段纵横剖切分析，做到隐藏地下管线不再隐介藏形；利用全景影像，使市政管网光缆、电缆和第三方管线交叉、横跨关系清晰可视、一目了然。通过多种可视技术，实现了管线“高后果区、高风险区和重大危险源”管理的可视化，为完整性管理、应急响应等业务提供支持。

3.3 闭环管理，有效支撑了管线隐患治理三年攻坚战

依据国务院对加强油气管道隐患治理提出的明确要求，对长输和厂际管线，按照隐患的排查、立项、整治、评估等管理流程，制定隐患排查整治攻坚战实施方案，实现占压、安全距离不足、第三方破坏等1.7万个隐患的全流程一体化闭环管理，有效支撑了管线隐患三年攻坚战。2016年，销售华南利用系统数字化管理功能，查询管线空间位置及信息，简单、快速计算管道埋深不足区间，为隐患治理提供准确位置，大大缩短了普查时间，减少了资源的投入，节省了费用并提高了隐患排查效率；胜利油田通过隐患信息联动、看板管理、进度跟踪、工作评比、经验交流以及定位和可视化展示，对6 650余处管线隐患管理进行全过程监管；2017年1月4日，中国石化宣布提前一年完成了国务院部署的油气输送管道隐患整治攻坚任务。

3.4 标准融合信息化，有效支撑了管道完整性管理体制机制变革

依据《油气输送管道完整性管理规范》（GB 32167–2015），研发了从数据采集、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维修维护和效能评价的六部循环管理体系。以效益提升为目标、管理优化为核心、科技创新为驱动，建立研究方法、优化完善、试点验证、全面实施的完整性管理实施方案，实现了管线完整性管理业务的规范化、流程化、体系化。管道公司、销售华南、销售华北等油气长输企业依规立行，成立了完整性管理中心，有效支撑了管理机制体制变革，提高了管道完整性管理水平。

3.5 智能巡线，实现了巡线的精细透明管理

利用智能移动终端将巡检过程中发现的问题，通过拍照、视频、录音等形式上传相关数据；基于统一平台系统，实现了近万名巡线人员的任务派发、事件上报、必经点位、轨迹路径回放、巡线人员监控、绩效监督考核等巡线业务的在线监控和全流程管理，巡线有效率、必经点到位率均提高到99%以上，上报及时率达90%，处理周期缩短了2/3，达到了规范管理、精细管理和透明管理。截至目前，模块上线以来仅管道公司管线打孔破坏发生次数与2016年同比下降90%以上，有效避免了安全事故和次生灾害的发生，为公司挽回无法估量的经济损失；同时，非计划停输时间也与2016年同比下降90%，为公司运营生产赢得了宝贵时间，经济效益明显。

3.6 自动关联，实现了应急快速联动响应

与泄漏监测系统、SCADA系统、视频监控等系统集成，获取报警信息后迅速对突发事件进行定位，联动实现应急状态下资源信息的自动标注，联动实现火灾和泄漏事故的动态模拟，联动抢修处置现场的在线监控和单兵视频，查清事故点的管线本体及周边环境信息、完整性评估信息、应急处理流程信息，通过指挥中心、应急指挥车等，形成应急指挥中心、现场指挥部、应急抢险单位的管线应急响应三级联动机制，建立应急事件报警、资源检索、方案确定、应急指挥全程联动响应的新应急模式。实现总部和企业的统一指挥、协调、调度，响应时间缩短1/2以上，全面提升了应急响应的能力和水平。

4 展望

中国石化通过现阶段智能化管线管理系统建设，形成了从管线勘测、数据校验、加载入库、三维展示、业务应用等系列技术，研发了具有自主知识产权的智能化管线管理系统软件套件，获得了一系列创新成果，形成了国内首个能源行业集团级管线管理系统，实现了管线管理的数字化、可视化、标准化。但距离管线自动化、智能化还有很大差距，距离“全面感知、分析优化、协同智能、预测预警”的智能化目标还有很长的路要走。虽任重道远但时不我待，下一步将从应用便捷化、管理全面化、预测预警智能化、平台服务化4个方面进行系统提升完善建设，做到易用、好用，为油气管线安全平稳运行提供有力支撑。